JP2008125143A

JP2008125143A - 回転機

Info

Publication number: JP2008125143A
Application number: JP2006302662A
Authority: JP
Inventors: Akihide Takehara; 明秀竹原
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-11-08
Filing date: 2006-11-08
Publication date: 2008-05-29

Abstract

【課題】簡単な構造で同相のコイル間の絶縁を実現できる回転機を提供する。
【解決手段】スロットの内壁面を覆ってスロットとコイルとを電気的に絶縁する絶縁紙３０は、スロットの溝の延伸方向に向けてスロットから突出する突出部の一部をスロットの溝の延伸方向に対して折り返した折り返し部３８と、前記突出部の折り返されていない部分であって、絶縁紙３０が装着されたスロットに挿入されたコイルと、当該スロットと隣り合うスロットに挿入された当該コイルと同相のコイルと、の間を電気的に絶縁する相内絶縁部４０と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転機におけるコイル間の電気的絶縁に関する。

複数のスロットにコイルが挿入されたコアを備える電動機又は発電機などの回転機において、通常、スロットとコイルとの間の電気的な絶縁のために、図８に示すようなスロット絶縁紙１０をスロットに装着した上でコイルをスロットに挿入する。図８のスロット絶縁紙１０は、スロットの内壁面を覆う部分１２と、スロットから突出する部分をコアに向かって折り返した折り返し部１４と、を備える。図９は、図８に示すスロット絶縁紙１０を電動機のステータコア１６のスロット１８のうちの１つに装着した例を表す。スロット絶縁紙１０の折り返し部１４によって、ステータコア１６の軸方向のスロット絶縁紙１０の位置ずれを防ぐことができる。

図１０に、３相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）８極の電動機のステータコアのコイル配置の例を示す。図１０で、黒丸はコイルが挿入されるスロット位置を示し、２つの黒丸を結ぶ太線は１つのコイルを示す。図１０では、１つのスロットに１つのコイルを挿入する単層巻きの例を示す。異相のコイル間の電気的な絶縁のために、短冊状の相間絶縁紙を異相のコイルのコイルエンドの間に挿入することが多い。図１１は、図１０に示すステータコアを矢印Ａの方向から見た図であり、Ｕ相のコイルＵ１、Ｖ相のコイルＶ１、及びＷ相のコイルＷ１の間の電気的な絶縁を実現する様子を示す。図１１では、簡単のため、Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１以外のコイルについては省略して図示している。図１１を参照すると、ステータコア１６のスロット１８には、図８のスロット絶縁紙１０が装着され、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相のコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１が挿入される。Ｕ相及びＶ相のコイルＵ１及びコイルＶ１のコイルエンドの間と、Ｖ相及びＷ相のコイルＶ１及びコイルＷ２のコイルエンドの間には、短冊状の相間絶縁紙２０が挿入される。

また、例えば特許文献１に記載の技術のように、スロット絶縁紙と相間絶縁紙とが一体形成されることもある。

一般に、電動機などの回転機の使用電圧が低く、同相のコイル間の電位差が回転機の動作に影響を与えない程度であれば、同相のコイル間の絶縁は行われない。例えば特許文献１には、同相のコイル間の絶縁については記載されていない。

しかし、同相のコイル間の電位差が回転機の動作に影響を与える程度に回転機の使用電圧が高い場合は同相のコイル間の絶縁が必要になる。例えば、図１２は、図１０のステータコアを矢印Ａの方向から見た図であり、Ｕ相のコイルＵ１及びＵ２の間の絶縁を実現する様子を示す。図１２を参照すると、２つの隣り合うスロットに同相のコイルであるコイルＵ１，Ｕ２が挿入され、コイルＵ１，Ｕ２の間に短冊状の相内絶縁紙２２が挿入される。

また、例えば特許文献２には、同心巻き構造の電動機において複数の同相のコイルのコイルエンドが接する場合に、同相のコイル間の絶縁のために平面状の相内絶縁紙を同相のコイルのコイルエンドの間に挿入する技術が開示されている。

特開２００４−２８９９３０号公報特開２００６−１０９６６２号公報

しかしながら、同相のコイル間の絶縁を行う場合、図１２及び特許文献２に示されるような従来技術では、電動機などの回転機の製造において相内絶縁紙を用意する必要があり、同相のコイル間の絶縁を行わない場合と比較して回転機の部品点数が増えてしまう。

また、例えば図１２及び特許文献２に示される技術では、平面状の相内絶縁紙がコイル間に挟まれているだけなので、回転機の製造工程において相内絶縁紙の位置を保持することが困難である。例えば、コイルのスロットから突出しているコイルエンドをステータコア又はロータコアに押し付ける成形工程で、相内絶縁紙の位置がずれたり、相内絶縁紙が破れたりすることが多い。

本発明の目的は、簡単な構造で同相のコイル間の絶縁を実現できる回転機を提供することである。

本発明に係る回転機は、コイルが挿入されるスロットを有するコアと、スロットに挿入されたコイルと、スロットの内壁面を覆ってスロットとコイルとを電気的に絶縁する絶縁紙と、を備える回転機であって、絶縁紙は、スロットの溝の延伸方向に向けてスロットから突出する突出部、を有するようにスロットに装着され、前記突出部の一部がスロットの溝の延伸方向に対して折り返され、前記突出部の折り返されていない部分は、当該絶縁紙が装着されたスロットに挿入されたコイルと、当該スロットと隣り合うスロットに挿入された当該コイルと同相のコイルと、の間を電気的に絶縁する相内絶縁部であることを特徴とする。

前記相内絶縁部は、当該絶縁紙が装着されたスロットに挿入されたコイルと、当該スロットと隣り合うスロットに装着されたコイルと、の間に位置していることが好ましい。

また、前記相内絶縁部は、前記スロットの内周に沿った長さの半分以下の長さを有することが好ましい。

本発明によると、簡単な構造で同相のコイル間の絶縁が実現された回転機を提供することができる。

図１は、本発明の１つの実施形態の電動機が備えるステータコアにおいて、コイルの配置及び同相のコイル間の電気的絶縁が行われる位置の例を示す。図１では、図１０と同様、黒丸はコイルを挿入するスロット位置を示し、２つの黒丸を結ぶ太線は１つのコイルを示す。図１に示すステータコアにおいて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相のコイルの配置は図１０と同様である。図１に示すステータコアにおいて、同相のコイル間の電気的絶縁は、同相のコイルが隣り合うスロットに挿入される位置で行われる。例えば太線Ｕ（１，２）、Ｖ（１，２）、Ｗ（１，２）など、スロットの境界に示す太線は、同相のコイル間の電気的絶縁が行われる位置を示す。図１とは異なるスロット数やコイル配置を有するステータコアにおいても、同相のコイルが隣り合うスロットに挿入される位置において、以下で説明する実施形態と同様に同相のコイル間の絶縁を行うことができる。

図２は、本発明の１つの実施形態の電動機において、ステータコアのスロットに装着される絶縁紙の例を示す。図２（ａ）は、絶縁紙３０の展開図を示し、図２（ｂ）は、絶縁紙３０のスロット装着時の形状を示す。図２（ａ）を参照すると、絶縁紙３０は略長方形である。図２（ａ）において、絶縁紙３０の横方向の辺は、絶縁紙３０が装着されるスロットの内周とほぼ同じ長さを有し、絶縁紙３０の縦方向の辺は、絶縁紙３０が装着されるスロットの溝の延伸方向の高さよりも大きい長さを有する。絶縁紙３０は、横方向の辺の中点から縦方向に一定の長さを有する切断線３２を備える。絶縁紙３０は切断線３２に沿って切断される。絶縁紙３０が装着されるスロットの形状に合わせて図２（ａ）に示す絶縁紙３０を湾曲させ、絶縁紙３０の一方の縦方向の辺から切断線３２までの部分を破線３４に沿って折り曲げると、図２（ｂ）に示す形状となる。

図２（ｂ）に示す絶縁紙３０は、スロット挿入部３６、折り返し部３８、及び相内絶縁部４０を備える。スロット挿入部３６は、絶縁紙３０のスロット装着時にスロットの内壁を覆う部分である。折り返し部３８は、絶縁紙３０のスロット装着時にスロットから突出する部分であり、絶縁紙３０の一方の縦方向の辺から切断線３２までの部分を図２（ａ）の破線３４に沿ってスロットの延伸方向に対して折り返すことで設けられる。

図３は、図２（ｂ）に示す形状の絶縁紙３０をステータコア１６のスロット１８に装着した様子を示す。折り返し部３８及び相内絶縁部４０は、スロット１８から突出する。折り返し部３８は、絶縁紙３０のスロットの延伸方向の位置ずれを防ぐ。相内絶縁部４０は、ステータコアの半径方向の平面上に位置する。

図４は、本発明の１つの実施形態において隣り合う２つのスロットに挿入された同相のコイル間の絶縁を実現する例を示す。図４では、図１に示すステータコアにおいてＵ相のコイルＵ１及びＵ２の間の絶縁を実現する例を示す。図４を参照すると、隣り合う２つのスロットに図２（ｂ）に示す形状の絶縁紙３０及び図８に示す従来のスロット絶縁紙１０がそれぞれ装着され、その後、当該２つのスロットにそれぞれコイルＵ１及びＵ２が挿入される。図４（ａ）では、コイルＵ１が挿入されるスロットに図２（ｂ）に示す絶縁紙３０を装着し、スロットの開口部に向かって右側に相内絶縁部４０を位置させる例を示す。図４（ｂ）のように、コイルＵ２が挿入されるスロットに絶縁紙３０を装着し、スロットの開口部に向かって左側に相内絶縁部４０を位置させてもよい。図４（ａ）及び（ｂ）のいずれの場合も、絶縁紙３０の相内絶縁部４０は、コイルＵ１とコイルＵ２との間に位置し、これらのコイル間を電気的に絶縁する。コイルＵ１が挿入されるスロットとコイルＵ２が挿入されるスロットの両方に絶縁紙３０を装着し、２つのスロットに装着される絶縁紙３０それぞれの相内絶縁部４０をコイルＵ１とコイルＵ２との間に位置させてもよい。

図５は、図１に示すステータコアにおいて、コイルＵ１とコイルＵ２との間、コイルＶ１とコイルＶ２との間、及びコイルＷ１とコイルＷ３との間の絶縁を実現する例を示す。図５は、図１に示すステータコアを矢印Ｂの方向から見た図を示す。図５で、コイルＵ１、コイルＶ１、及びコイルＷ１が挿入されるスロットには、図２（ｂ）で示す形状の絶縁紙３０が装着される。コイルＵ２、コイルＶ２、及びコイルＷ２が挿入されるスロットには、図８に示す従来のスロット絶縁紙１０が装着される。絶縁紙３０の相内絶縁部４０は、コイルＵ１とコイルＵ２との間、コイルＶ１とコイルＶ２との間、及びコイルＷ１とコイルＷ３との間に位置し、各同相コイル間を絶縁する。

以上で説明した実施形態では、同相のコイル間の絶縁に用いられる絶縁紙３０において、相内絶縁部４０は、絶縁紙３０の横方向の辺の約半分の長さ、つまり、スロットの内周の約半分の長さを有する。他の実施形態では、相内絶縁部４０は、スロットの内周の半分よりも小さい長さを有していてもよい。以下に、相内絶縁部４０がスロットの内周の半分よりも小さい長さを有する場合の実施形態について説明する。

図６は、図１に示すステータコアの断面上のスロット１８の形状を示す図である。図１に示すステータコアでは、スロット１８において、Ｕ相のコイルはステータコアの半径方向で最も外側の位置（スロット１８の開口部から最も遠い位置）に挿入され、Ｗ相のコイルはステータコアの半径方向で最も内側の位置（スロット１８の開口部に最も近い位置）に挿入され、Ｖ相のコイルはＵ相のコイルの挿入位置とＷ相のコイルの挿入位置との間の位置に挿入される。図６に、スロット１８における各相のコイルの挿入位置の概略を示す。

図６を参照して述べたように、スロット内におけるコイルの挿入位置が予め定められている場合には、コイルの挿入位置に対応して、スロットに装着する絶縁紙の相内絶縁部を設けてもよい。例えば、図７（ａ），（ｂ）、図７（ｃ），（ｄ）、及び図７（ｅ），（ｆ）は、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相のコイルが挿入されるスロットに装着される絶縁紙３０を示す。図７（ａ），（ｃ），（ｅ）は、絶縁紙３０の展開図を示し、図７（ｂ），（ｄ），（ｆ）は、絶縁紙３０のスロット装着時の形状を示す。

Ｕ相のコイルは、図６を参照すると、スロット１８内のステータコアの半径方向において最も外側の位置に挿入される。この挿入位置に対応して相内絶縁部４０を設けるために、図７（ａ）に示すように、絶縁紙３０には、横方向の辺の中点及び横方向の辺上の中点から長さｌの点において、縦方向に一定の長さを有する切断線３２が設けられる。絶縁紙３０が装着されるスロットの形状に合わせて図７（ａ）に示す絶縁紙３０を湾曲させ、絶縁紙３０の両方の縦方向の辺から切断線３２までの部分を破線３４に沿って折り曲げると、図７（ｂ）に示す形状となる。絶縁紙３０の切断線３２に挟まれる長さｌの部分は、相内絶縁部４０となる。

Ｖ相のコイルは、図６を参照すると、スロット１８内のステータコアの半径方向においてほぼ中心の位置に挿入される。この挿入位置に対応して相内絶縁部４０を設けるために、図７（ｃ）に示すように、絶縁紙３０には、横方向の辺上の約４分の１の点付近を中心とした長さｌの線分の端点において、縦方向に一定の長さを有する切断線３２が設けられる。絶縁紙３０が装着されるスロットの形状に合わせて図７（ｃ）に示す絶縁紙３０を湾曲させ、絶縁紙３０の両方の縦方向の辺から切断線３２までの部分を破線３４に沿って折り曲げると、図７（ｄ）に示す形状となる。絶縁紙３０の切断線３２に挟まれる長さｌの部分は、相内絶縁部４０となる。

Ｗ相のコイルは、図６を参照すると、スロット１８内のステータコアの半径方向において最も内側の位置に挿入される。この挿入位置に対応して相内絶縁部４０を設けるために、図７（ｅ）に示すように、絶縁紙３０には、横方向の辺の一方の端から長さｌの点において、縦方向に一定の長さを有する切断線３２が設けられる。絶縁紙３０が装着されるスロットの形状に合わせて図７（ｅ）に示す絶縁紙３０を湾曲させ、絶縁紙３０の縦方向の二辺のうち切断線３２からより遠い方の辺から切断線３２までの部分を破線３４に沿って折り曲げると、図７（ｆ）に示す形状となる。絶縁紙３０においてスロット装着時にスロットから突出する部分のうち、長さｌを有する部分は相内絶縁部４０となる。

図７において、相内絶縁部４０が有する長さｌは、ステータコアの半径方向におけるコイルの径よりも大きい。

図２及び図７に示す絶縁紙３０のいずれを用いる場合であっても、ステータコアの製造工程において、絶縁紙３０をスロットに装着する際に、相内絶縁部４０に相当する部分を折り返し部３８と同様、破線３４に沿って折り曲げた状態で装着することができる。そして、スロットへコイルを挿入した後、相内絶縁部４０に相当する部分を立ち上げて隣り合うスロットに挿入されたコイル間に位置させることができる。例えば、絶縁紙３０をスロットに挿入する際には、折り返し部３８及び相内絶縁部４０の部分を破線３４に沿って折り曲げて図８に示すスロット絶縁紙１０と同様の形状にしておき、図９に示すようにスロットに装着する。その後、コイルをスロットに挿入した上で、相内絶縁部４０を立ち上げて図４又は図７（ｂ），（ｄ），（ｆ）に示す形状にする。このようにすることで、相内絶縁部４０を立ち上げた状態（図４又は図７（ｂ），（ｄ），（ｆ）に示す状態）でスロットに装着し、コイルを挿入する場合と比較して、コイル挿入時の相内絶縁部４０の破損が生じにくい。また、このようにすることで、コイルの挿入時に絶縁紙３０のステータコアの軸方向の位置ずれを防ぐことができる。

以上、電動機のステータコアのスロットに同相のコイル間の絶縁のための絶縁紙を装着する実施形態について説明した。他の実施形態では、電動機のロータコアのスロットについて、上述の実施形態と同様に、同相のコイル間の絶縁のための絶縁紙を装着してもよい。

また、電動機だけでなく、発電機のステータコア及びロータコアにおいて、以上で説明した実施形態と同様に同相のコイル間の絶縁を行うこともできる。

本発明の１つの実施形態の電動機が備えるステータコアにおいて、コイルの配置及び同相のコイル間の電気的絶縁が行われる位置の例を示す図である。本発明の１つの実施形態において、ステータコアのスロットに装着される絶縁紙の例を示す図である。本発明の１つの実施形態において、絶縁紙をステータコアのスロットに装着した状態の例を示す図である。本発明の１つの実施形態において、隣り合うスロットに挿入される同相のコイル間の絶縁を実現する例を示す図である。本発明の１つの実施形態において、隣り合うスロットに挿入される同相のコイル間の絶縁を実現する例を示す図である。スロットの半径方向における各相のコイルの挿入位置の例を示す図である。本発明の１つの実施形態において、ステータコアのスロットに装着される絶縁紙の例を示す図である。従来技術においてステータコアのスロットに装着されるスロット絶縁紙の例を示す図である。図８に示すスロット絶縁紙をステータコアのスロットに装着した状態の例を示す図である。電動機のステータコアのコイル配置の例を示す図である。従来技術において異相のコイル間の絶縁を実現する例を示す図である。従来技術において同相のコイル間の絶縁を実現する例を示す図である。

符号の説明

１０スロット絶縁紙、１６ステータコア、１８スロット、２０相間絶縁紙、２２相内絶縁紙、３０絶縁紙、３２切断線、３６スロット挿入部、３８折り返し部、４０相内絶縁部。

Claims

コイルが挿入されるスロットを有するコアと、
スロットに挿入されたコイルと、
スロットの内壁面を覆ってスロットとコイルとを電気的に絶縁する絶縁紙と、を備える回転機であって、
絶縁紙は、スロットの溝の延伸方向に向けてスロットから突出する突出部、を有するようにスロットに装着され、
前記突出部の一部がスロットの溝の延伸方向に対して折り返され、
前記突出部の折り返されていない部分は、当該絶縁紙が装着されたスロットに挿入されたコイルと、当該スロットと隣り合うスロットに挿入された当該コイルと同相のコイルと、の間を電気的に絶縁する相内絶縁部であることを特徴とする回転機。
請求項１に記載の回転機において、
前記相内絶縁部は、当該絶縁紙が装着されたスロットに挿入されたコイルと、当該スロットと隣り合うスロットに装着されたコイルと、の間に位置していることを特徴とする回転機。
請求項１又は２に記載の回転機において、
前記相内絶縁部は、前記スロットの内周に沿った長さの半分以下の長さを有することを特徴とする回転機。